孫珍珠 丁宏杰 王葉

摘要：地震勘探的首要問題是激發(fā)能夠反映地下地質(zhì)體情況的地震反射波。本文立足于專利文獻(xiàn)，對國內(nèi)外涉及地震震源的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，總結(jié)該技術(shù)的專利申請及發(fā)展?fàn)顩r，以期為相關(guān)領(lǐng)域的專利審查工作提供參考，并為企事業(yè)單位、高校、研究所等提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：地震;采集;震源;專利分析

中圖分類號：P631.4;G306文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）24-0122-11

1 概述

地震勘探的首要問題是激發(fā)能夠反映地下地質(zhì)體情況的地震反射波，為了確保地震波能傳播到一定的距離，并達(dá)到對勘探深度的要求，要求激發(fā)地震波的能量要強(qiáng)。另外，為了達(dá)到勘探薄互層的要求，要求激發(fā)的地震波頻帶要寬。地震勘探技術(shù)的快速發(fā)展推動著地震震源的發(fā)展。隨著地震勘探難度的增大，在實(shí)施地震勘探時(shí)對地震震源性能的要求愈來愈高。為了適應(yīng)高分辨率、高精度的勘探需求，震源從最初的頻帶較窄、能量范圍有限、發(fā)展成現(xiàn)在頻帶較寬、自動、環(huán)保、能量范圍較大。[1]

本文主要利用incopat專利數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）、外文數(shù)據(jù)庫（VEN）進(jìn)行地震震源技術(shù)相關(guān)專利的檢索，選用的主要關(guān)鍵詞有ecicenter、focus、hypocenter、source等，結(jié)合IPC分類號G01V1/02（產(chǎn)生地震能）及其下位組，檢索截至?xí)r間為2020年7月3日，對檢索結(jié)果進(jìn)行篩選和去重后得到地震震源的全球?qū)＠暾埧偭繛? 315件，并以此作為本文研究對象。

2 專利申請狀況分析

2.1 全球?qū)＠暾埩糠治?/p>

圖1示出了地震震源技術(shù)的全球?qū)＠暾埩磕甏植紙D。從中可以看出自20世紀(jì)50年代開始，以1965年、1990年、2012年為界限可以劃分為四個(gè)發(fā)展階段。

第一階段為技術(shù)萌芽期（1943—1965年）：整個(gè)地震勘探領(lǐng)域?qū)儆谄鸩诫A段。由于地震震源技術(shù)剛被提出，需要克服諸多技術(shù)障礙，其專利申請量比較少，申請量呈現(xiàn)緩慢增長的形式，屬于技術(shù)的萌芽期。該階段地震震源頻帶較窄、能量范圍有限、類型單一。

第二階段為快速發(fā)展階段（1965—1990年）：地震震源技術(shù)初步成熟，專利申請量持續(xù)增長，呈現(xiàn)前所未有的快速增長。該階段地震儀器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，更重要的是三維地震勘探、高分辨率地震勘探的出現(xiàn)，地震勘探領(lǐng)域擴(kuò)大到山地、戈壁、沙漠、灘海及海上，一大批高性能技術(shù)指標(biāo)的震源也應(yīng)運(yùn)而生，地震震源頻帶、種類、能量范圍均得到較大改進(jìn)，更加適用于地震勘探的技術(shù)需求。

第三階段為平穩(wěn)發(fā)展階段（1990—2012年）：隨著三維地震勘探、高分辨率地震勘探的推廣，震源向更加環(huán)保、自動化方向發(fā)展。但是受限于全球經(jīng)濟(jì)低迷、油氣勘探難度加大的時(shí)代背景，震源技術(shù)遇到了短暫的瓶頸期，關(guān)鍵技術(shù)攻克困難。由于相關(guān)技術(shù)已趨近成熟，改進(jìn)難度，技術(shù)創(chuàng)新難度較大，若想提出更好的專利技術(shù)，需要提供非常有競爭性的創(chuàng)造，因此相關(guān)專利申請量有所下降。

第四階段為高速發(fā)展階段（2012年至今）：隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)階段出現(xiàn)了性能更高的震源。更多的企業(yè)以及高校投入到該領(lǐng)域的研發(fā)中，各研發(fā)主體形成了有效的競爭，出現(xiàn)了大量針對地震震源技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的專利，震源的型號和品種越來越豐富，性能也越來越穩(wěn)定。本階段專利申請量從2012年起急劇上升，在2015年達(dá)到頂峰時(shí)期。

圖2（a）、圖2（b）為地震震源技術(shù)相關(guān)專利的全球申請量趨勢情況。1990年以前蘇聯(lián)、美國占據(jù)了地震震源技術(shù)的絕大多數(shù)申請量。美國地震震源技術(shù)起步最早，且一直保持穩(wěn)定發(fā)展，蘇聯(lián)在1975至1990年前后，申請量比例最大，成為龍頭老大。1990年之后，隨著蘇聯(lián)的解體，蘇聯(lián)申請量逐漸消失。地震震源技術(shù)國外專利申請量在2015年達(dá)到頂峰時(shí)期，2015年以后地震震源技術(shù)專利申請量下降，這可能與美國頁巖氣大規(guī)模開采，油氣產(chǎn)量大幅提高，油氣需求不振，油氣供應(yīng)過剩，以及世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力和經(jīng)濟(jì)增速放緩有關(guān)，同時(shí)，國外石油勘探技術(shù)已相對成熟，科研投入也開始減少。因此，國外技術(shù)發(fā)展較早，各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展已相對成熟。

與國外相比，國內(nèi)地震震源技術(shù)專利申請?jiān)谄椒€(wěn)發(fā)展階段的申請量極少，與國外存在較大差距，直到20世紀(jì)80年代，國內(nèi)地震震源技術(shù)才開始起步，說明我國早期石油勘探技術(shù)行業(yè)相對落后，地震采集技術(shù)市場需求較小。我國相關(guān)行業(yè)的跟蹤研發(fā)也沒能跟上世界地震勘探技術(shù)的發(fā)展步伐，大量設(shè)備依靠進(jìn)口，沒有保障得力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對地震勘探技術(shù)的重視程度和研發(fā)力度與國外同行差距甚大。但隨著國內(nèi)對油氣勘探的重視程度提高，國內(nèi)石油工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)申請變得活躍，在平穩(wěn)發(fā)展階段國內(nèi)地震震源技術(shù)專利申請量也于2000年左右開始快速、穩(wěn)步增長，作為后起之秀的典型代表，直至2015年左右，中國已經(jīng)成為地震震源技術(shù)的中流砥柱，申請量甚至超過國外來華，目前保持強(qiáng)勢上升態(tài)勢。因此，與國外有所不同，我國的地震震源技術(shù)發(fā)展相對于國外雖然有一定滯后性，但是技術(shù)成熟速度較快、發(fā)展迅猛。2015年以后進(jìn)入高速發(fā)展階段。全球來看，國內(nèi)地震震源技術(shù)專利申請量依然保持較高占比，我國的地震勘探技術(shù)發(fā)展姿態(tài)強(qiáng)、勢頭足，體現(xiàn)了國內(nèi)地震勘探對地震震源技術(shù)研發(fā)、專利保護(hù)的重視以及中國的該技術(shù)在世界舞臺上舉足輕重的地位。但是必須注意，隨著中國國內(nèi)技術(shù)的快速發(fā)展，接近國外的技術(shù)水平將面臨激烈的競爭。2019以后年的申請量下降趨勢非常明顯，這主要是因?yàn)椴糠謱＠暾埳形垂_。

圖3和圖4顯示了全球內(nèi)地震震源技術(shù)相關(guān)專利申請分布情況。地震震源技術(shù)的主要專利申請較為集中，主要集中在中國、蘇聯(lián)、美國、俄羅斯、WIPO，中國是專利申請最多的目標(biāo)國，占全球申請量的27.83%;其次是蘇聯(lián)，占全球申請量的18.57%;再次是美國，占全球申請量的18.13%，隨后是各國向俄羅斯、WIPO提出的PCT申請，分別占全球申請量的9.04%、5.37%。說明國外企業(yè)對知識產(chǎn)權(quán)制度的了解和應(yīng)用相當(dāng)熟練，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識較強(qiáng)。從圖5中可以看出，地震震源技術(shù)在華申請來源主要是國內(nèi)，占比91.27%，占據(jù)了國內(nèi)絕對的申請量。說明國外申請人還沒有將國內(nèi)申請人視為重要的競爭對手，這也為我國申請人加快地震震源技術(shù)研發(fā)，進(jìn)行較為全面的專利布局留下了一定的時(shí)間和空間。

2.2 全球主要申請人分析

為了研究地震震源專利技術(shù)主要申請人情況，以數(shù)據(jù)庫中的申請人和公司代碼信息為基礎(chǔ)進(jìn)行加工整理，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出主要申請人排名、在華申請主要申請人類型構(gòu)成等角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖6顯示了全球地震震源技術(shù)專利申請量比較靠前的申請人，其中在計(jì)算排名時(shí)，將申請人為某公司的子公司的專利申請歸并入該公司名下?？梢钥闯?，地震震源技術(shù)專利申請人主要來自中國、美國和蘇聯(lián)，而排名靠前的申請人包括中國的中石油、蘇聯(lián)的SPETSIALNOE、美國的斯倫貝謝公司、PGS公司等公司，均為世界石油巨頭企業(yè)。排名靠前的申請人中，中石油以輕微優(yōu)勢領(lǐng)先于SPETSIALNOE，一部分原因得益于中石油并購了美國輸入輸出公司。其中，美國申請人較多，占據(jù)了較大優(yōu)勢，尤其是美國的斯倫貝謝公司，申請量尤為突出。

圖7顯示了在華申請主要申請人類型構(gòu)成，其中主要申請還是集中在企業(yè)、大專院校，占比分別高達(dá)56.67%、24.07%，可以看出，受限于技術(shù)研發(fā)所需硬件條件、物力、財(cái)力支持，國內(nèi)地震震源技術(shù)專利申請主要集中在企業(yè)、大專院校。

2.3 全球?qū)＠|(zhì)量分析

圖8（a）、8（b）顯示了全球范圍內(nèi)地震震源技術(shù)專利價(jià)值度排名靠前的申請人。從圖8（a）、8（b）可以看出，專利價(jià)值度相對較高的幾乎全為國外大型油服公司，分別為美國的埃克森美孚、斯倫貝謝公司、PGS公司。還有蘇聯(lián)的SPETSIALNOE公司，尤其是美國的?？松梨诠?，專利價(jià)值度遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他石油公司。?？松梨谧鳛槿蜉^大的油田服務(wù)公司，占據(jù)著世界較大的市場份額，在中國各領(lǐng)域均有大量申請，并保持較大優(yōu)勢。而國內(nèi)排名靠前的僅有中石油、吉林大學(xué)等，申請質(zhì)量與國外公司相比存在較大的差距。我國石油企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注國外這幾家龍頭企業(yè)的專利布局和研究發(fā)展情況，其中重點(diǎn)關(guān)注埃克森美孚的研究動向，及時(shí)調(diào)整發(fā)展策略，以跟隨發(fā)展并規(guī)避不必要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和專利風(fēng)險(xiǎn)。

圖9顯示了國內(nèi)地震震源技術(shù)專利申請類型情況，發(fā)明專利申請、實(shí)用新型分別占比48.47%和47.45%，發(fā)明、實(shí)用新型二者占比均等，這表明國內(nèi)研發(fā)水平較低，我國企業(yè)還不善于利用發(fā)明這種專利形式保護(hù)研發(fā)成果，不注重長期保護(hù)，還停留在以量取勝的初級階段，我國還沒有掌握地震勘探的核心技術(shù)。

圖10（a）、10（b）為中國專利有效性分布圖。圖10（a）顯示，40.61%的專利處于有效狀態(tài)，失效占比44.83%，14.56%還在審中，其中，授權(quán)40.61%，撤回和駁回的占比分別為3.49%和5.82%，可以看出授權(quán)發(fā)明專利比例遠(yuǎn)高于駁回/撤回專利比例，說明該技術(shù)在國內(nèi)還在持續(xù)發(fā)展中，處于不斷創(chuàng)新和改進(jìn)的階段;而14.58%的專利處于公布狀態(tài)和審查狀態(tài)，申請日集中在2016至2020年，無法明確其專利質(zhì)量情況。

針對被引證次數(shù)高的核心專利進(jìn)行排序發(fā)現(xiàn)，排名靠前的核心專利申請人幾乎均為國外石油巨頭公司，且?guī)缀蹙鶠槊绹?，無國內(nèi)申請人。一方面由于國內(nèi)專利事業(yè)起步較晚，缺乏早期申請;另一方面也從側(cè)面上反應(yīng)了地震震源核心技術(shù)掌握在國外申請人手中。在核心專利的主要申請人方面，美國Tomoseis、標(biāo)準(zhǔn)石油公司等企業(yè)在技術(shù)研發(fā)上處于明顯的領(lǐng)先地位，這也從側(cè)面反映了美國在地震震源技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

3 專利技術(shù)分析

地震震源包括爆炸震源和非爆炸震源兩種，而非爆炸震源又可分為振動型（可控震源）、機(jī)械型（例如重錘、氣錘），還有應(yīng)用于海上的氣槍震源、電火花震源。非爆炸震源從最初的落錘式震源發(fā)展到今天的可控震源，已成為較完善的機(jī)電一體化設(shè)備。

下面針對四大類地震震源類型，按照時(shí)間順序簡單闡述國內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國申請的典型專利。

3.1 爆炸震源

在國內(nèi)傳統(tǒng)的爆炸震源一直是震源領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。這類震源突出的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的能量，其通常是以炸藥為主，用雷管引爆，產(chǎn)生的激發(fā)波能量強(qiáng)、頻帶寬。

國內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國申請的典型專利有三種。

3.1.1 2001年，施魯姆伯格技術(shù)公司的專利申請CN1447923A提出了一種用于地震勘探法的高能量炸藥，通過在地下巖層中爆炸炸藥組合物來產(chǎn)生地震波，其中炸藥組合物包含第一炸藥和可氧化金屬物質(zhì)，然后用地震檢波器檢測地震波或其反射。同時(shí)還公開了包含地震能量源的地球物理測量系統(tǒng)，所述的地震能量源包含第一炸藥和可氧化金屬物質(zhì)，地震能量源位于地下巖層中，以及適于檢測地震能量源爆炸時(shí)所產(chǎn)生的地震波及其反射的大量的地震檢波器。

3.1.2 2015年，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）的專利申請CN204649978U提出了一種定向橫波炸藥震源裝置，包括：底盤、上盤、容置部和多個(gè)錨桿，其中所述底盤具有多個(gè)第一孔洞，所述上盤具有多個(gè)第二孔洞，且所述第二孔洞的位置與所述第一孔洞的位置對應(yīng)，所述上盤具有第一側(cè)與相對所述第一側(cè)的第二側(cè)，所述底盤位于所述上盤的第一側(cè)，所述容置部位于所述上盤的第二側(cè)，所述多個(gè)錨桿貫穿所述第一孔洞與所述第二孔洞，所述錨桿具有圓錐部與圓柱部，所述圓錐部鄰近于所述底盤相對于所述上盤的一側(cè)。通過本實(shí)用新型，有效地解決了定向橫波激發(fā)困難的問題。

3.1.3 2016年，中國電建集團(tuán)的專利申請CN106501847A提出了一種工程地震勘探聚能震源彈，包括殼體，殼體上下兩端分別安裝有頂板和底板，殼體內(nèi)安裝有聚能室，聚能室底端與底板頂端面和殼體內(nèi)壁相抵，聚能室內(nèi)充填有泡沫，鋁板上方至頂板之間形成的炸藥腔內(nèi)填充滿炸藥，殼體內(nèi)設(shè)置兩根計(jì)時(shí)線，計(jì)時(shí)線底端與鋁板相連，計(jì)時(shí)線頂端從頂板邊緣伸出，頂板中部設(shè)有下沉的引爆孔，引爆孔內(nèi)插裝有雷管。采用聚能室設(shè)計(jì)，由于聚能方向指向地下，無渣石散布，能效高，激發(fā)的地震信號頻率特性好，聲波干擾小，使用效率高，激震效果好，使用成本低。如圖11為其結(jié)構(gòu)示意圖。

國內(nèi)外重點(diǎn)公司在我國申請的典型專利有三種。

3.4.1 1996年，輸入/輸出公司的專利申請CN1179831A提出了一種套筒空氣槍（10），用來將壓縮空氣釋放進(jìn)水中。該空氣槍管套（12）具有一個(gè)用端帽（20）封閉的氣室（16）。這端帽是用定位器（22）連接在該空氣槍管套上，這定位器的重量很輕而且能加快端帽和管套的連接和拆卸。定位器可以是一個(gè)連接端帽和管套的重量很輕的環(huán)。該定位器能獨(dú)特地把較大直徑的空氣槍連接起來而無需過分的增加空氣槍的重量。該較大直徑的空氣槍可加快壓縮空氣從空氣槍的排放，這可把在水中產(chǎn)生的聲脈沖增大到最大值。[4]

3.4.2 2010年，中石油的專利申請CN101825718 A提出了一種氣槍震源，應(yīng)用于石油地震勘探地震震源。梭閥腔體的左端連接有激發(fā)室，梭閥腔體的右端連接有主氣室，在梭閥腔體與主氣室之間有環(huán)形金屬密封圈。梭閥腔體的右端有圓柱形腔室，梭閥腔體中心孔聯(lián)通激發(fā)室內(nèi)腔，梭閥腔體的中間外壁為球面形，在梭閥腔體球面形外壁上均勻分布有徑向通孔，梭閥腔體的腔室與外界聯(lián)通。激發(fā)室外形為圓柱體和圓錐體組合形狀，激發(fā)室內(nèi)部有圓柱體形和圓錐體形組成的內(nèi)腔，在激發(fā)室的左端部有進(jìn)氣孔。主氣室外形為圓柱體和圓錐體組合形狀，主氣室內(nèi)部有圓柱體形和圓錐體形組成的內(nèi)室。效果是：本發(fā)明氣槍震源的主脈沖振幅和氣泡比均有所提高，改善了氣槍子波特性，同時(shí)，還利于氣槍的拖曳。

3.4.3 2018年，國家海洋局的專利申請CN208921871U提出了一種變頻式海洋高壓空氣槍震源。其包括氣槍控制器、儲氣室、固定桿、套筒、初始限位機(jī)構(gòu)和封蓋等組件，且在固定桿上設(shè)置可調(diào)節(jié)的限位塊。在激發(fā)過程中，通過限位塊和套筒限位端之間限位，控制儲氣室出氣孔的長度，通過調(diào)節(jié)開口長度，即可調(diào)節(jié)出氣速度，實(shí)現(xiàn)對激發(fā)子波頻率的控制。

在獲得的可控震源的115篇檢索結(jié)果中，中石油自2006年以來提交了45件專利申請，且技術(shù)涉及槍桿、震源船的設(shè)計(jì)、激發(fā)方法、相關(guān)配件等諸多方面，其中震源船的專利有18篇，中石油已經(jīng)致力于海上氣槍震源的專利布局，重視氣槍震源，尤其是震源船的研發(fā)及投入。[5]

總之，在地震震源方面，我國不僅擁有數(shù)量較多的專利，即使在與國外企業(yè)相交叉的爆炸震源、可控震源、機(jī)械型震源等技術(shù)分支，我國企業(yè)這方面的研發(fā)能力也較好。但是我國申請人較為分散，且基本為申請人獨(dú)立申請，各主要申請人的合作較為保守，技術(shù)轉(zhuǎn)化過程存在障礙，作為市場主導(dǎo)的中國石油、中國石化等公司應(yīng)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)共贏。我國政府、各機(jī)關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)鼓勵(lì)國內(nèi)企業(yè)等創(chuàng)新主體加大專利申請力度和國內(nèi)外專利布局，用專利保護(hù)其技術(shù)和產(chǎn)品，增強(qiáng)創(chuàng)新主體的核心競爭力。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

4.4.1 根據(jù)全球?qū)＠暾埩縼矸治觯卣鹫鹪醇夹g(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了以下階段：技術(shù)萌芽階段（1943—1965年）、快速發(fā)展階段（1965—1990年）、平穩(wěn)發(fā)展階段（1990—2012年）、高速發(fā)展階段（2012年至今）;地震震源技術(shù)專利申請量排名靠前的國家/地區(qū)/組織分別是中國、蘇聯(lián)、美國、俄羅斯、WIPO，早期以國外為主，2015年以后中國專利申請量明顯增長，最近幾年超過國外申請量。[6]

4.4.2 根據(jù)專利申請人來分析，就國外申請而言，申請人主要集中在蘇聯(lián)的SPETSIALNOE、美國的斯倫貝謝公司、PGS公司等公司，均為世界石油巨頭企業(yè)。就國內(nèi)申請而言，申請人主要為石油高校/科研機(jī)構(gòu)石油巨頭中石油、吉林大學(xué)等。

4.4.3 根據(jù)專利價(jià)值度分析，專利價(jià)值度相對較高的申請人幾乎全為國外大型油服公司，尤其是美國的埃克森美孚公司，專利價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他申請人;而國內(nèi)排名靠前的僅有中石油、吉林大學(xué)，申請質(zhì)量與國外公司相比存在較大的差距。

4.4.4 在地震震源方面，我國擁有數(shù)量較多的專利，研發(fā)能力也較好，但我國申請人較為分散，技術(shù)轉(zhuǎn)化過程存在障礙，作為市場主導(dǎo)的中國石油、中國石化等公司應(yīng)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)共贏。

4.2 建議

國內(nèi)關(guān)于地震震源技術(shù)的專利申請量已經(jīng)逐步超過國外，但是在質(zhì)量上還與國外存在差距，企業(yè)和高校需要提升研發(fā)實(shí)力，提高知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識。我國政府、各機(jī)關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)鼓勵(lì)國內(nèi)企業(yè)等創(chuàng)新主體加大專利申請力度和國內(nèi)外專利布局，用專利保護(hù)其技術(shù)和產(chǎn)品，增強(qiáng)創(chuàng)新主體的核心競爭力。

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